火山噴發前真的有跡可循，科學家用地震儀抓到它
在火山預測領域，科學家最近提出一種新穎的地震檢測方法，可提前發現火山噴發的微弱地表訊號，提供更早且更簡單的警報。
這項研究發表於《自然通訊》，由巴黎地球物理研究所（Institut de Physique du Globe de Paris）與德國地球科學中心（GFZ Helmholtz Centre for Geosciences）的團隊提出一種名為「Jerk」的方法。這種方法不再依賴密集的儀器網路，而是可僅使用一台寬頻地震儀進行測量。
測量關鍵在於其對微小運動的敏感性，這些運動遠低於人們通常認為的「地震」範疇。該系統持續即時監測與地下岩漿推進相關的微小變化。2014 年至 2023 年間，研究團隊在留尼旺的火山觀測站執行該方法，成功標記 92% 的火山噴發事件，警報時間從噴發前幾分鐘到 8 小時不等。儘管有些警報最終未導致噴發，仍有 14% 的警報具有意義，因為它們捕捉到噴發前岩漿運動的停滯。
感測器再多也會被雜訊淹沒，火山預測難度高？
許多危險火山的監測設備有限，即使是設備齊全的地點，也可能因噪音訊號而難以快速解讀。能從最少的硬體中提取有用的早期資訊的工具，將擴大火山噴發預測的可及性，特別是在預算、地形或基礎設施使得大型感測器網路不足的地方。
火山在噴發前往往會改變行為，地震活動可能會變化，地表可能會變形，氣體流動或成分也可能會變化。挑戰在於如何將這些線索轉化為可靠的噴發預測，包括噴發的時間、持續時間和強度，同時避免造成損害大眾信任的虛假警報。
許多預測工作依賴機率策略，尋找大型資料集中的統計關係。研究團隊採取更直接的自動化路徑。他們的「Jerk」方法專注於與深層岩漿注入相關的極其微妙地表運動，使用一種不易被察覺的訊號類型。
「Jerk」訊號表現為非常低頻的瞬態，即在水平方向的地表運動中觀察到的脈衝式過渡或穩定訊號，無論是在加速度或傾斜方面。這些訊號可能反映岩漿在地下強行打開通道時的動態岩石破裂。
火山預警不是猜的，這套系統跑了十年
這些訊號極其微小，約為每立方公分幾奈米（nm/s³），這也解釋了為什麼單台非常寬頻的地震儀至關重要，因為它能同時追蹤緩慢的傾斜與微弱的加速度。為了使系統能全天候使用，研究人員加入專門的處理步驟，例如修正地球潮汐，以免地球的日常韻律變化偽裝成火山不安的訊號。最終，當特徵訊號超過閾值時，系統會自動發出警報，將原本難以察覺的岩漿運動轉化為清晰的時間戳記警報。
自 2014 年 4 月以來，該工具已在法屬留尼旺島的 Piton de la Fournaise 火山觀測站實施，做為 WebObs 系統的全自動模組，使用來自全球 Geoscope 網路的寬頻地震站資料。2014 年 6 月 20 日，首次警報在噴發開始前 1 小時 2 分鐘發出。這套「Jerk」訊號檢測與分析系統在 2014 年至 2023 年間持續執行，對 24 次噴發事件發出自動警報，警報時間從幾分鐘到 8.5 小時不等。
由於 Piton de la Fournaise 是一座設備齊全且受到密切監測的火山，這裡的條件幾乎如同實驗室。透過其他多種觀測資料，研究人員能驗證「Jerk」工具的資料，確認岩漿侵入確實發生，並因此具有很高的噴發機率。該方法也在 1998 年至 2010 年間的 24 次舊噴發資料上進行事後測試，顯示「Jerk」警報系統具有系統性。
監測不足的火山，可能終於有簡單解法？
然而，該系統有時會產生「假陽性」──明確的警報卻未隨之而來噴發。在 14% 的警報中出現這種情況，但這些警報最終都被證實為真實的岩漿侵入或「中止噴發」，且得到其他觀測資料支持，例如地震活動、變形與火山氣體分析。除了 Jerk 警報對噴發的有效性外，該工具也證明是岩漿侵入的完美且明確的偵測器。
在 2025 年 12 月 5 日 Piton de la Fournaise 最後一次地震危機中，伴隨低變形與氣體異常，系統發出一個小型 Jerk 訊號（僅 0.1 nm/s³），確認岩漿侵入確實發生。
研究人員認為，經過十多年的即時執行與在留尼旺的成功評估後，Jerk 工具可做為其他監測不足火山的簡單且有效的噴發早期警報方法。
同時，科學家也希望進一步評估這套方法，特別是在其他活火山上進行測試，首站鎖定義大利的埃特納火山。該專案「POS4dyke」旨在檢測 Jerk 訊號，將使用來自波茨坦 GIPP 地球物理儀器池的新型寬頻地震儀網路。部署計畫預計於 2026 年開始，並與義大利國家地球物理研究所（INGV）合作，同時獲得 SAFAtor 專案支援；該專案研究使用光纖電纜進行地震與火山噴發的早期警報。
（首圖來源：Aurélien Théau, Public domain, via Wikimedia Commons）